RU2607948C2 - Method and device of visualization in cardiac surgery - Google Patents
Method and device of visualization in cardiac surgery Download PDFInfo
- Publication number
- RU2607948C2 RU2607948C2 RU2015140216A RU2015140216A RU2607948C2 RU 2607948 C2 RU2607948 C2 RU 2607948C2 RU 2015140216 A RU2015140216 A RU 2015140216A RU 2015140216 A RU2015140216 A RU 2015140216A RU 2607948 C2 RU2607948 C2 RU 2607948C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ray
- electrodes
- images
- objects
- examination
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
- A61B6/02—Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
- A61B6/03—Computerised tomographs
- A61B6/032—Transmission computed tomography [CT]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
- A61B6/44—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis
- A61B6/4417—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to combined acquisition of different diagnostic modalities
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
- A61B6/44—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis
- A61B6/4429—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units
- A61B6/4435—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units the source unit and the detector unit being coupled by a rigid structure
- A61B6/4441—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units the source unit and the detector unit being coupled by a rigid structure the rigid structure being a C-arm or U-arm
Abstract
Description
Изобретение относится медицинской технике, в частности к способам и устройствам визуализации на основе рентгеновской стереоскопии, и может быть использовано в кардиохирургии для объемной визуализации внутренних камер сердца, сосудов, хирургического эндокардиального инструмента и карт электрической активности миокарда при лечении аритмий сердца методом катетерной аблации.The invention relates to medical equipment, in particular to methods and devices for imaging based on X-ray stereoscopy, and can be used in cardiac surgery for volumetric imaging of the internal chambers of the heart, blood vessels, surgical endocardial instrument and cardiac myocardial electrical activity in the treatment of cardiac arrhythmias by catheter ablation.
Хирургическое вмешательство при лечении аритмий методом катетерной аблации предусматривает следующую последовательность операций: в камеры сердца под рентгеноскопическим контролем вводят эндокардиальные электроды, проводят манипуляцию электродами, регистрируют и изучают последовательности сигналов электрического возбуждения миокарда для поиска местоположения источников аритмии. При нахождении таких источников их активность подавляют воздействием тепла, образованного, к примеру, прохождением токов высокой частоты. Для этого необходимо выполнить манипуляции по установке лечебного электрода в зону источника аритмии. Особенностью метода катетерной аблации является отсутствие прямого визуального контроля за инструментом при выполнении манипуляций. В ходе операции для контроля положения электродов традиционно применяют рентгеноскопию (Н.М. Федотов, А.И. Оферкин, А.А. Шелупанов. Метод комплексирования данных ротационной рентгенографии и электрической локации для визуализации анатомических структур сердца и хирургического инструмента // Доклады ТУСУРа. - 2012. - №2 (26), часть 2. - С. 231-236.). Но обычная рентгеноскопия представляет возможность отчетливо наблюдать только за положением в пространстве электродов на плоскости и имеет ограничения в связи с невозможностью объемного восприятия области обследования и невозможностью дифференцировать участки патологической и здоровой ткани миокарда. В настоящее время в дополнение к рентгеновским системам визуализации в клинической практике применяют и системы нерентгеноскопической визуализации (Carto ХР, NavX, Биоток), позволяющие создавать виртуальные трехмерные поверхности внутренних структур сердца и визуализировать на них характеристики миокарда в виде изохронных карт активации. Такие системы позволили также сократить время рентгеноскопии и обеспечили возможность наблюдения за положением виртуальных образов эндокардиальных электродов в реальном времени. Для улучшения восприятия операционного пространства такие системы имеют возможность совмещения заранее подготовленных с помощью КТ или МРТ 3D объектов с пространством системы навигации. Но наличие 3D объектов еще не означает наличие объемного восприятия, трехмерные объекты визуализируются на плоскости и в этом случае трехмерная информация изображения показывается только с помощью специальных методов визуализации объема: модели освещения, эффекты тени. Есть проблемы и с качеством совмещения объектов, созданных в разное время и на разном оборудовании. Системы нерентгеноскопической визуализации подвержены влияниям артефактов сердечных сокращений и дыхания. Системы с использованием метода электрической локации обладают искажениями, связанными с неоднородностью электрической проводимости тканей тела пациента. Кроме того, совсем исключить рентгеноскопию из технологического процесса лечения нельзя, так как не будет обеспечен достоверный контроль за положением инструмента.Surgical intervention in the treatment of arrhythmias by catheter ablation involves the following sequence of operations: endocardial electrodes are inserted into the heart chambers under fluoroscopic control, electrode manipulation is performed, and sequences of myocardial electrical excitation signals are recorded and studied to find the location of the arrhythmia sources. When such sources are found, their activity is suppressed by the action of heat generated, for example, by the passage of high-frequency currents. For this, it is necessary to perform manipulations on installing a therapeutic electrode in the area of the arrhythmia source. A feature of the catheter ablation method is the lack of direct visual control of the instrument when performing manipulations. During the operation, fluoroscopy is traditionally used to control the position of the electrodes (N.M. Fedotov, A.I. Oferkin, A.A. Shelupanov. A method for combining rotational radiography and electrical location data for visualizing the anatomical structures of the heart and surgical instrument // TUSUR Reports. - 2012. - No. 2 (26),
Объемное восприятие исследуемого объекта может обеспечить стереовизуализация, в том числе рентгеновская. И хотя рентгеновская стереовизуализация известна с самого начала развития медицинской и дефектоскопической рентгеновской техники, она активно развиваться стала только в последние десятилетия, когда получили массовое развитие эффективные средства визуализации стереоизображений в реальном времени. К тому же в медицине способ получения трехмерных изображений с помощью рентгеноскопии вытеснила томография, а рентгеновские аппараты совершенствовались только в визуализации динамических объектов и по пути получения более высокого разрешения изображений (такие, как, например, ангиографические системы Allura Xper FD20). Недостатки томографии в целом заключаются в отсутствие реального времени и высокой дозе облучения (в случае рентгеновской томографии). Рентгеновская же стереовизуализация для восприятия операционного поля - это фактически 3D томография реального времени, при этом отлично воспринимается в объеме позиция инструмента. Преимущество такой визуализации достигается, в первую очередь, при манипуляциях и позиционировании инструмента, т.е. для наблюдения за динамическими высококонтрастными объектами в объеме в реальном времени с дозами облучения, как при обычной рентгеноскопии. Недостатком же рентгеновской стереоскопии, как и обычной моноплановой рентгеноскопии, является отсутствие возможности дифференцировать участки патологической и здоровой ткани миокарда, что для применения в кардиохирургии при лечении аритмий сердца недостаточно, так как невозможно выполнять операции по совмещению инструмента и мишени для лечебного воздействия.Volumetric perception of the studied object can provide stereo imaging, including x-ray. And although X-ray stereo imaging has been known since the very beginning of the development of medical and flaw detection X-ray equipment, it began to develop actively only in the last decades, when effective means of real-time imaging of stereo images were massively developed. In addition, in medicine, the method of obtaining three-dimensional images using fluoroscopy was supplanted by tomography, and X-ray machines were improved only in the visualization of dynamic objects and in the way of obtaining higher resolution images (such as, for example, Allura Xper FD20 angiographic systems). The disadvantages of tomography as a whole are the lack of real time and a high dose of radiation (in the case of x-ray tomography). X-ray stereo imaging for the perception of the surgical field is actually 3D real-time tomography, while the position of the instrument is perfectly perceived in volume. The advantage of such visualization is achieved, first of all, when manipulating and positioning the tool, i.e. for monitoring dynamic high-contrast objects in volume in real time with radiation doses, as with conventional fluoroscopy. The drawback of X-ray stereoscopy, as well as conventional monoplastic fluoroscopy, is the inability to differentiate sections of pathological and healthy myocardial tissue, which is insufficient for use in cardiac surgery for the treatment of cardiac arrhythmias, since it is impossible to perform operations to combine the instrument and target for therapeutic treatment.
Из ближайших аналогов предлагаемого изобретения представляют интерес следующие технические решения.Of the closest analogues of the invention, the following technical solutions are of interest.
Например, способ визуализации и устройство в виде рентгеновской системы и связанной с ней системой магнитной локации электродов MediGuide™ (Piorkowski, С. and Hindricks, G. Nonfluoroscopic sensor-guided navigation of intracardiac electrophysiology catheters within prerecorded cine loops. Circ Arrhythm Electrophysiol. 2011; 4: e36-e38).For example, a visualization method and device in the form of an X-ray system and its associated MediGuide ™ electrode magnetic location system (Piorkowski, C. and Hindricks, G. Nonfluoroscopic sensor-guided navigation of intracardiac electrophysiology catheters within prerecorded cine loops. Circ Arrhythm Electrophysiol. 2011; 4: e36-e38).
Устройство содержит: рентгеновский блок для просвечивания области обследования как минимум в двух проекциях, с возможностью записи и хранения последовательности рентгеноскопических изображений сердечного цикла в двух проекциях; блок магнитной локации (блок непрерывного слежения за текущим положением конструктивно связан с приемником рентгеновского излучения) содержит генератор магнитного поля, миниатюрный датчик магнитного поля, располагаемый в инструменте; устройство сбора и хранения текущих данных сенсора, опорного сенсора и ЭКГ; средства для синхронизации цикла воспроизведения рентгеновской записи с ЭКГ; устройство визуализации (монитор).The device contains: an x-ray unit for transmission of the examination area in at least two projections, with the ability to record and store a sequence of fluoroscopic images of the cardiac cycle in two projections; the magnetic location unit (the continuous tracking unit for the current position is structurally connected with the X-ray receiver) contains a magnetic field generator, a miniature magnetic field sensor located in the instrument; a device for collecting and storing current sensor data, a reference sensor and an ECG; means for synchronizing the reproduction cycle of x-ray recordings with ECG; visualization device (monitor).
Способ функционирования данного устройства заключается в следующем: записывают последовательность рентгеноскопических изображений сердечного цикла, например, в двух проекциях; вычисляют текущие трехмерные координаты сенсора, размещенного внутри электрода, с помощью системы магнитной локации; сопоставляют координаты электродов с их положением относительно приемника рентгеновского излучения; создают 3D объекты изображений электродов; выполняют операцию рендеринга по обработке 3D объектов изображений электродов для получения их двумерных изображений и совмещают полученные двумерные изображения электродов с изображениями циклических рентгеноскопических записей для двух проекций в динамическом режиме; визуализируют полученные последовательности совмещенных изображений двух проекций синхронно с реальным сердечным циклом; при необходимости по одной из проекций вместо записанной последовательности включают реальное рентгеновское излучение; сигналы опорного сенсора, размещенного на груди, и ЭКГ используют для изоляции реального перемещения электрода от артефактов сокращения сердца и дыхания.The method of operation of this device is as follows: record a sequence of fluoroscopic images of the cardiac cycle, for example, in two projections; calculate the current three-dimensional coordinates of the sensor located inside the electrode using a magnetic location system; compare the coordinates of the electrodes with their position relative to the x-ray receiver; create 3D objects of images of electrodes; perform a rendering operation for processing 3D objects of electrode images to obtain their two-dimensional images and combine the resulting two-dimensional images of the electrodes with images of cyclic fluoroscopic recordings for two projections in dynamic mode; visualize the obtained sequence of combined images of two projections synchronously with the real cardiac cycle; if necessary, on one of the projections instead of the recorded sequence include real x-ray radiation; the signals of the reference sensor located on the chest and the ECG are used to isolate the actual movement of the electrode from artifacts of heart contraction and breathing.
Устройство предназначено для применения в кардиохирургии для улучшения качества восприятия области обследования при манипулировании инструментом на фоне циклической рентгеноскопической предварительно выполненной записи и сокращения времени рентгеноскопии. Обеспечивается динамический режим визуализации. Система магнитной локации конструктивно связана с приемником рентгеновского излучения, что позволяет с высокой точностью связать системы координат системы локации и устройства рентгеноскопии и позволяет автоматически привязывать координаты и траектории перемещения электродов к рентгеновскому изображению. Так как на поверхности груди пациента есть опорный сенсор, случайное смещение позиции приемника излучения не приводит к смещению изображения электрода относительно записи.The device is intended for use in cardiac surgery to improve the quality of perception of the examination area when manipulating the tool on the background of a cyclic fluoroscopic pre-recorded and reducing the time of fluoroscopy. Dynamic visualization mode is provided. The magnetic location system is structurally connected with the X-ray receiver, which allows high-precision linking of the coordinate systems of the location system and the fluoroscopy device and allows you to automatically link the coordinates and trajectories of the electrodes to the X-ray image. Since there is a reference sensor on the surface of the patient’s chest, a random shift in the position of the radiation receiver does not shift the image of the electrode relative to the recording.
Недостатком данного способа и устройства его реализующего является то, что: требуются специальные электроды с датчиками магнитного поля, что ограничивает возможности врача по выбору тактики лечения; нет стереовизуализации и, следовательно, объемного восприятия области обследования, все объекты визуализируются в итоге как двухмерные в двух независимых проекциях; нет карт активации миокарда, следовательно, устройство самостоятельно не определяет зоны патологии и не позволяет решить задачу по совмещению лечебного электрода с областью лечебного воздействия. Кроме того, у пациентов с ожирением или пациентов с дряблой кожей возможно смещение опорных датчиков на коже, движение которых влияет на точность слеживания за инструментом. Могут быть пропущены эпизоды проколов камер сердца, вызванные механическими усилиями на катетер, и лечение может быть начато с запозданием.The disadvantage of this method and the device that implements it is that: special electrodes with magnetic field sensors are required, which limits the doctor’s ability to choose treatment tactics; there is no stereo-visualization and, consequently, no volumetric perception of the examination area, all objects are visualized as a result as two-dimensional in two independent projections; there are no myocardial activation cards, therefore, the device itself does not determine the pathology zone and does not allow solving the problem of combining the treatment electrode with the area of therapeutic effect. In addition, in patients with obesity or patients with sagging skin, displacement of the support sensors on the skin is possible, the movement of which affects the accuracy of tracking the instrument. Heart chamber puncture episodes caused by mechanical force on the catheter may be missed, and treatment may be delayed.
Известно также устройство обработки медицинских изображений (см. патент США 9036777 Ohishi, et al. «Medical image processing apparatus». Опубл. 19.05.2015) и способ его функционирования. Устройство обработки медицинских изображений содержит: блок визуализации, выполненный с возможностью визуализации пораженного участка в двух направлениях с использованием рентгеновских лучей; блок генерации рентгеноскопических изображений, сконфигурированный для создания двух рентгеновских изображений, соответствующих двум направлениям, на основе сигналов изображений, выводимых из блока визуализации; блок рендеринга, выполненный с возможностью проецирования данных трехмерных изображений области обследования, полученных заранее, по двум направлениям в соответствии с той же геометрией, которая используется для визуализации пары рентгеновских изображений, чтобы таким образом генерировать два изображения области обследования; и блок совмещения изображений, выполненный с возможностью объединения рентгеновских изображений с изображениями рендеринга области обследования для каждого соответствующего направления, чтобы таким образом генерировать изображения в двух направлениях, связанных параллаксом, и для вывода двух сгенерированных изображений, связанных параллаксом, на стереомониторное устройство.A device for processing medical images (see US patent 9036777 Ohishi, et al. "Medical image processing apparatus". Publ. 05/19/2015) and a method for its operation are also known. A medical image processing device comprises: a visualization unit configured to visualize the affected area in two directions using x-rays; an X-ray image generation unit configured to create two X-ray images corresponding to two directions based on image signals output from the imaging unit; a rendering unit configured to project three-dimensional image data of the examination area obtained in advance in two directions in accordance with the same geometry that is used to render the pair of X-ray images so as to generate two images of the examination area; and an image combining unit configured to combine X-ray images with rendering images of the survey area for each respective direction, so as to generate images in two directions connected by parallax, and for outputting two generated images connected by parallax to a stereo-monitor device.
Способ функционирования устройства обработки медицинских изображений заключается в следующем: 3D объекты области обследования подготавливают заранее, например, с помощью КТ (или МРТ), но в тоже время 3D объект может создаваться во время операции, для этого сосуды заполняют рентгеноконтрастным веществом, затем выполняют субтракцию и реконструкцию 3D объектов методом Фельдкампа. Совмещают изображения, путем объединения рентгеновских изображений с изображениями рендеринга 3D объектов области обследования для каждого соответствующего направления, чтобы таким образом генерировать изображения в двух направлениях, связанных параллаксом, и выводят два сгенерированных изображения, связанные параллаксом на стереомониторное устройство. Слежение за инструментом в 3D объекте осуществляют путем совмещения изображений реальной рентгеновской стереоскопии с соответствующими проекциями 3D объектов.The method of operation of the medical image processing device is as follows: 3D objects of the examination area are prepared in advance, for example, using CT (or MRI), but at the same time, a 3D object can be created during the operation, for this the vessels are filled with radiopaque material, then subtraction and reconstruction of 3D objects using the Feldkamp method. The images are combined by combining X-ray images with 3D rendering images of the objects of the survey area for each corresponding direction, so as to generate images in two directions connected by parallax, and two generated images connected by parallax to the stereo-monitor device. Tool tracking in a 3D object is carried out by combining images of real X-ray stereoscopy with the corresponding projections of 3D objects.
Данное изобретение предназначено для применения в хирургии головы с целью улучшения качества восприятия области обследования методом стереоскопической визуализации. Стереоскопическое изображение решает задачу точной манипуляции катетером без каких-либо ошибок вокруг пораженного участка аневризмы в голове пациента, даже в области, в которой кровеносные сосуды расположены сложным и запутанным образом, и позволяет оператору легко воспринимать в пространстве позиционное соотношение кровеносных сосудов.This invention is intended for use in head surgery in order to improve the quality of perception of the examination area using stereoscopic imaging. The stereoscopic image solves the problem of accurately manipulating the catheter without any errors around the affected area of the aneurysm in the patient’s head, even in the area in which the blood vessels are located in a complex and confusing way, and allows the operator to easily perceive the positional ratio of blood vessels in space.
Недостатком изобретения является отсутствие возможности визуализации электрофизиологических параметров области обследования, что ограничивает его применение в хирургии аритмий сердца для целей визуализации очагов аритмий и для точного совмещения с ними хирургического инструмента.The disadvantage of the invention is the inability to visualize the electrophysiological parameters of the examination area, which limits its use in the surgery of cardiac arrhythmias for the visualization of foci of arrhythmias and for the exact combination of a surgical instrument with them.
Прототипом предлагаемого изобретения является техническое решение на способ и устройство визуализации для медицины (см. патент США 7035371 Method and device for medical imaging. Опубл. 25.04.2006, заявл. 16.03.2005). В данном изобретении представлен способ и устройство визуализации для применения во время интервенционных или хирургических вмешательств. Способ и устройство позволяют улучшить ориентацию оператора в области исследования и ускорить манипуляции.The prototype of the invention is a technical solution for a method and device for imaging for medicine (see US patent 7035371 Method and device for medical imaging. Publ. 04/25/2006, claimed. March 16, 2005). The present invention provides a method and device for imaging for use during interventional or surgical interventions. The method and device can improve the orientation of the operator in the field of research and speed up the manipulation.
Способ характеризуется тем, что два рентгеноскопических изображения области исследования, полученных со стереоскопическим параллаксом как пара двумерных изображений, и два изображения с соответствующим стереоскопическим параллаксом, вычисленные из данных 3D изображения области исследования, отображают стереоскопически с наложением друг на друга. Двумерные изображения рентгеноскопии области исследования получают с помощью рентгеноскопической системы и привязывают к заранее записанным данным 3D изображения области исследования. Заранее записанные 3D изображения могут быть получены, например, с помощью известных методов 3D визуализации, таких как компьютерная томография, магнитно-резонансная томография, позитронно-эмиссионной томография или с помощью ультразвуковой 3D техники. Данные для получения 3D изображения также могут быть записаны с помощью используемого рентгеновского устройства, например, в виде 3D изображений ангиографии (с введением контраста).The method is characterized in that two fluoroscopic images of the study area obtained with stereoscopic parallax as a pair of two-dimensional images and two images with the corresponding stereoscopic parallax calculated from the 3D image data of the study area are stereoscopically superimposed. Two-dimensional images of fluoroscopy of the study area are obtained using a fluoroscopic system and are tied to pre-recorded 3D image data of the study area. Pre-recorded 3D images can be obtained, for example, using known 3D imaging techniques such as computed tomography, magnetic resonance imaging, positron emission tomography, or using ultrasonic 3D technology. Data for obtaining 3D images can also be recorded using the used x-ray device, for example, in the form of 3D images of angiography (with the introduction of contrast).
Двумерные изображения рентгеноскопии каждой пары записывают с использованием двух рентгеновских трубок, отделенных друг от друга на определенное расстояние на общий детектор непосредственно друг за другом во времени, чтобы избежать артефактов движения.Two-dimensional fluoroscopy images of each pair are recorded using two x-ray tubes separated from each other by a certain distance on a common detector directly one after another in time to avoid motion artifacts.
Устройство для выполнения данного способа содержит систему рентгеноскопии, в частности моноплановую или биплановую рентгеновскую систему, для записи двумерных рентгеноскопических изображений области исследования со стереоскопическим параллаксом; блок памяти для хранения данных 3D изображений области исследования; блок геометрической привязки записанных двумерных изображений рентгеноскопии с данными 3D изображения; блок рендеринга для вычисления двух двумерных изображений из данных 3D изображения, соответствующих геометрии двумерных изображений рентгеноскопии; устройство совмещения для взвешенного наложения на вычисленные изображения геометрически связанных с ними рентгеноскопических изображений и стереоскопического дисплея для стереоскопической визуализации совмещенных изображений. Термин «рендеринг» понимается как вычисление двумерного представления трехмерного набора данных изображения.A device for performing this method comprises a fluoroscopy system, in particular a monoplane or biplane X-ray system, for recording two-dimensional fluoroscopic images of the study area with stereoscopic parallax; a memory unit for storing data of 3D images of the study area; block geometric reference recorded two-dimensional images of fluoroscopy with 3D image data; a rendering unit for computing two two-dimensional images from the 3D image data corresponding to the geometry of the two-dimensional fluoroscopy images; combining device for weighted overlay on computed images of geometrically related fluoroscopic images and a stereoscopic display for stereoscopic visualization of combined images. The term "rendering" is understood as the calculation of a two-dimensional representation of a three-dimensional set of image data.
Недостатки прототипа: сложная для оператора процедура геометрической привязки изображений, которые находятся в несвязанных между собой системах координат и масштабах. Для этого необходимо заранее предусматривать рентгеноконтрастные опорные точки или другие процедуры, которые затягивают время операции; сами по себе трехмерные изображения области исследования, подготовленные заранее, не содержат информации об электрофизиологическом нарушении и, следовательно, не решают задачу управления по наведению хирургического инструмента на мишень для воздействия; для решения этой задачи требуется, чтобы трехмерное изображение было жестко привязано к системе координат рентгеноскопической системы и на нем можно было визуализировать параметры электрической активности миокарда, с возможностью визуализации мишеней для воздействия.Disadvantages of the prototype: difficult for the operator procedure for geometric georeferencing of images that are in unrelated coordinate systems and scales. For this, it is necessary to provide in advance radiopaque reference points or other procedures that delay the operation time; in themselves, three-dimensional images of the study area, prepared in advance, do not contain information about the electrophysiological violation and, therefore, do not solve the control problem of pointing a surgical instrument at a target for exposure; To solve this problem, it is necessary that the three-dimensional image be rigidly attached to the coordinate system of the fluoroscopic system and on it it is possible to visualize the parameters of the myocardial electrical activity, with the possibility of visualizing targets for exposure.
Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении точности и сокращении времени на выполнение манипуляций при совмещении хирургического инструмента с мишенью для аблации в условиях, когда нет возможности прямого визуального наблюдения как инструмента, так и области аритмии в миокарде.The present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing accuracy and reducing the time for performing manipulations when combining a surgical instrument with an ablation target in conditions where there is no possibility of direct visual observation of both the instrument and the arrhythmia region in the myocardium.
Названный технический результат достигается реализацией способа стереоскопической визуализации области обследования путем взвешенного совмещения стереопар рентгеновских изображений области обследования, которые получают с помощью рентгеновского стереоскопического устройства, для чего просвечивают область обследования с двух направлений, соответствующих углам стереоскопического зрения, со стереопарами изображений, полученных путем рендеринга 3D объектов, принадлежащих той же области обследования для направлений, соответствующих углам просвечивания рентгеновскими лучами, причем 3D объекты создают непосредственно в процессе обследования и выполнения кардиохирургической операции на том же рентгеновском стереоскопическом устройстве путем определения координат теневых отметок эндокардиальных электродов на рентгеновских изображениях, в виде трехмерной поверхности внутреннего пространства камеры сердца с визуализацией на ней карт электрической активности миокарда. Карта электрической активности миокарда формируется с помощью устройства регистрации электрограмм по электрическим сигналам на внутрисердечных электродах.The named technical result is achieved by the implementation of the method of stereoscopic visualization of the examination area by weighted combination of stereopairs of X-ray images of the examination area, which are obtained using the X-ray stereoscopic device, for which the examination area is illuminated from two directions corresponding to the angles of stereoscopic vision, with stereo pairs of images obtained by rendering 3D objects belonging to the same survey area for referrals corresponding x-ray angles, moreover, 3D objects are created directly during the examination and cardiac surgery on the same X-ray stereoscopic device by determining the coordinates of the shadow marks of the endocardial electrodes on X-ray images, in the form of a three-dimensional surface of the inner space of the heart chamber with visualization of electrical activity maps on it myocardium. A card of myocardial electrical activity is generated using an electrogram recording device for electrical signals on intracardiac electrodes.
Стереоскопическая визуализация с совмещением изображений дает врачу оптимальную ориентацию при манипуляции инструментом в области исследования во время хирургического вмешательства. Кроме того, 3D объекты получают в виде трехмерных поверхностей по ограниченному набору позиций эндокардиальных электродов непосредственно во время вмешательства, на одном и том же рентгеновском оборудовании, что позволяет автоматически и с высокой точностью выполнить совмещение 3D объектов и изображений рентгеновской стереоскопии. Далее на полученном 3D объекте визуализируется карта активации миокарда, что позволяет быстро и с высокой точностью выполнить совмещение инструмента с точкой лечебного воздействия.Stereoscopic imaging with image alignment gives the doctor the optimal orientation when manipulating the instrument in the study area during surgery. In addition, 3D objects are obtained in the form of three-dimensional surfaces according to a limited set of positions of the endocardial electrodes directly during the intervention, on the same X-ray equipment, which allows the combination of 3D objects and X-ray stereoscopy images to be performed automatically and with high accuracy. Then, the map of myocardial activation is visualized on the obtained 3D object, which allows quickly and with high accuracy to perform the combination of the instrument with the point of therapeutic effect.
Построение 3D объектов в виде трехмерных поверхностей по ограниченному набору позиций известно из уровня техники по использованию в ряде серийных устройств нерентгеноскопической визуализации (например, Carto ХР), также известны способы визуализации карт активации миокарда на трехмерных поверхностях (там же).The construction of 3D objects in the form of three-dimensional surfaces using a limited set of positions is known from the prior art for the use of non-fluoroscopic imaging devices (for example, Carto XP) in a number of serial devices, and methods for visualizing myocardial activation maps on three-dimensional surfaces are also known (ibid.).
Стереоскопическая визуализация с совмещением изображений может быть реализована различными способами. Стереоскопические методы отображения известны в частности из области компьютерного зрения, например, для того, чтобы оператор мог воспринимать стереоскопический эффект, используют затворные очки. С помощью данного способа и соответствующего устройства оператору представлены данные 3D-изображения с двух разных направлений стереоскопического просмотра таким образом, чтобы с помощью стереомонитора у оператора формировалось пространственное впечатление трехмерного набора данных. Поскольку двухмерные изображения рентгеноскопии также записаны из этих двух направлений наблюдения, инструменты, отображаемые в этих изображениях, могут быть представлены в пространстве.Stereoscopic imaging with image alignment can be implemented in various ways. Stereoscopic imaging methods are known in particular from the field of computer vision, for example, in order for the operator to perceive the stereoscopic effect, shutter glasses are used. Using this method and the corresponding device, the operator is presented with 3D image data from two different directions of stereoscopic viewing in such a way that the spatial impression of a three-dimensional data set is formed with the help of a stereo monitor. Since two-dimensional fluoroscopy images are also recorded from these two directions of observation, the instruments displayed in these images can be represented in space.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется с помощью схем и изображений.The invention is illustrated using diagrams and images.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства визуализации.In FIG. 1 is a structural diagram of a visualization device.
На фиг. 2 показан пример теневых отметок эндокардиальных электродов на рентгеновских изображениях, стрелка указывает на положение дистального полюса электрода.In FIG. Figure 2 shows an example of shadow marks of endocardial electrodes in x-ray images, the arrow indicates the position of the distal pole of the electrode.
На фиг. 3 изображена схема расположения рентгеновских излучателей 1 и 2, приемника, формирующего правое R и левое L рентгеновские изображения, объекта О, линий направления излучения через объект О до плоскости приемника, теневых отметок объекта на приемнике. Обозначения: x1, y1, c2, y2 - координаты теневых отметок объекта на правом R и левом L рентгеновских изображениях; r - расстояние от излучателей до плоскости приемника. На схеме в верхней части правое R и левое L рентгеновские изображения показаны раздельно для наглядности, на самом деле они находятся в одной плоскости, так как получаются с помощью одного приемника.In FIG. 3 shows the layout of the
На фиг. 4 представлена последовательность операций для измерения координат электродов по их теневым отметкам.In FIG. 4 shows a sequence of operations for measuring the coordinates of electrodes by their shadow marks.
На фиг. 5 приведено изображение скриншота с монитора результирующего изображения области исследования левого предсердия с картой активации миокарда.In FIG. Figure 5 shows a screenshot from the monitor of the resulting image of the left atrial study area with a myocardial activation map.
Предлагаемый способ визуализации реализуется следующим образом. Совмещают с заданными весовыми коэффициентами и визуализируют с помощью стереомониторной системы стереопары рентгеновских изображений области обследования, которые получают с помощью рентгеновского блока при просвечивании области обследования с двух направлений, соответствующих углам стереоскопического зрения, со стереопарами изображений, которые получают путем рендеринга 3D объектов, принадлежащих той же области обследования для направлений, соответствующих углам просвечивания рентгеновскими лучами. 3D объекты получают в виде трехмерных поверхностей, соответствующих внутренним поверхностям камер сердца и сосудов, принадлежащих области обследования. 3D объекты получают непосредственно в процессе обследования и выполнения кардиохирургической операции. Для этого в камеры сердца и сосуды вводят хирургические инструменты, представляющие собой эндокардиальные электроды, проводят манипуляцию электродами внутри камер сердца и сосудов и одновременно получают стереопары рентгеновских изображений области обследования, на которых присутствуют теневые отметки позиций электродов, по которым вычисляют и запоминают трехмерные координаты множества позиций электродов в различных положениях. По запомненному множеству позиций создают трехмерную поверхность исследуемого органа, на которой визуализируют параметры электрограмм. Для этого каждой запомненной позиции сопоставляют электрограмму, зарегистрированную электродом в соответствующей позиции.The proposed method of visualization is implemented as follows. Combine with the specified weight coefficients and visualize using the stereo-monitor system stereopairs of X-ray images of the survey area, which are obtained using the X-ray unit when scanning the survey area from two directions corresponding to the angles of stereoscopic vision, with stereo pairs of images that are obtained by rendering 3D objects belonging to the same survey areas for directions corresponding to X-ray angles. 3D objects are obtained in the form of three-dimensional surfaces corresponding to the inner surfaces of the chambers of the heart and blood vessels belonging to the examination area. 3D objects are obtained directly in the process of examination and cardiac surgery. To do this, surgical instruments are introduced into the chambers of the heart and blood vessels, which are endocardial electrodes, manipulate the electrodes inside the chambers of the heart and blood vessels and at the same time receive stereopairs of X-ray images of the examination area, in which there are shadow marks of the positions of the electrodes, which calculate and store three-dimensional coordinates of many positions electrodes in various positions. Using the memorized set of positions, a three-dimensional surface of the organ under investigation is created, on which the parameters of the electrograms are visualized. For this, each stored position is associated with an electrogram recorded by the electrode in the corresponding position.
На трехмерной поверхности исследуемого органа визуализируют в виде карт параметры электрограмм, которые получают путем интерполяции данных, принадлежащих соответствующим запомненным позициям электродов, при этом упомянутые карты представляют собой электрическую активность миокарда в виде изохронной карты, либо карты распределения амплитуд электрограмм, либо карты фазового анализа электрограмм, либо карты скорости проведения электрического возбуждения, либо карты распределения доминантных частот электрограмм.On the three-dimensional surface of the organ under study, the parameters of the electrograms are visualized in the form of maps, which are obtained by interpolating the data belonging to the corresponding stored positions of the electrodes, the maps being the electrical activity of the myocardium in the form of an isochronous map, either a distribution map of the amplitudes of the electrograms, or a phase analysis map of the electrograms, either maps of the speed of electrical excitation, or maps of the distribution of dominant frequencies of electrograms.
Рентгеновские стереопары предпочтительно получают в одну и ту же фазу сердечного цикла, для чего момент получения рентгеновской стереопары синхронизируют с R-зубцом сигнала ЭКГ по команде блока регистрации электрограмм.X-ray stereo pairs are preferably obtained in the same phase of the cardiac cycle, for which the time of receipt of the X-ray stereo pairs is synchronized with the R-wave of the ECG signal at the command of the electrogram recording unit.
Формируют также виртуальный 3D объект дистальной части электрода, совмещают его с данными 3D объекта исследуемого органа и путем рендеринга получают стереопары, соответствующие углам просвечивания рентгеновскими лучами.They also form a virtual 3D object of the distal part of the electrode, combine it with the data of the 3D object of the organ under study, and by rendering receive stereo pairs corresponding to X-ray transmission angles.
Во время пауз рентгеновского излучения возможен контроль текущего положения дистальной части электрода с помощью устройства электрической локации, для чего по текущим координатам устройства электрической локации формируют 3D объект дистальной части электрода, синхронизируют в пространстве с 3D объектом дистальной части электрода, сформированным по координатам, которые определяют по теневым отметкам в последнем стереоскопическом рентгеновском изображении.During pauses of X-ray radiation, it is possible to control the current position of the distal part of the electrode using an electric location device, for which a 3D object of the distal part of the electrode is formed at the current coordinates of the electric location device, synchronized in space with a 3D object of the distal part of the electrode formed by coordinates determined by shadow marks in the last stereoscopic x-ray image.
Предлагаемое устройство визуализации содержит рентгеновский блок (см. фиг. 1), позволяющий создавать стереопары рентгеновских изображений области исследования, блок рендеринга 3D объектов, позволяющий создавать стереопары изображений из 3D объектов, принадлежащих той же области обследования и с угловыми направлениями, определяемыми углами просвечивания рентгеновского блока, блок совмещения рентгеновских стереопар со стереопарами блока рендеринга 3D объектов, создающий в виде взвешенной суммы два совмещенных изображения, пригодных для передачи и визуализации с помощью стереомониторного устройства, блок синтеза 3D объектов, позволяющий создавать 3D объекты в виде трехмерных поверхностей органов, принадлежащих области исследования, блок определения трехмерных координат электродов по положению теневых отметок упомянутых электродов на изображениях рентгеновских стереопар и блок регистрации электрограмм, имеющий возможность электропроводного соединения с эндокардиальными электродами, размещаемыми во внутреннем пространстве органов, принадлежащих области исследования.The proposed visualization device contains an X-ray block (see Fig. 1), which allows you to create stereopairs of X-ray images of the study area, a 3D object rendering block, which allows you to create stereopairs of 3D images from 3D objects belonging to the same survey area and with angular directions determined by the x-ray block angles , a unit for combining X-ray stereo pairs with stereo pairs of a block for rendering 3D objects, creating in the form of a weighted sum two combined images suitable for transmission and visualization using a stereo-monitor device, a 3D object synthesis unit that allows you to create 3D objects in the form of three-dimensional surfaces of organs belonging to the study area, a three-dimensional electrode coordinates determination unit based on the position of the shadow marks of the said electrodes in the images of X-ray stereo pairs and an electrogram recording unit having the option of conducting compounds with endocardial electrodes placed in the internal space of organs belonging to the research area tions.
Дополнительно к выходу блока регистрации электрограмм может быть подключен вход, а ко входу блока синтеза 3D объектов - выход блока электрической локации электродов, представляющего собой генератор электрических сигналов локации, имеющий выходы для соединения с пациентом для формирования в теле пациента градиентных электрических полей и имеющий средства для вычисления координат по электрическим сигналам электродов, размещенных в камерах сердца пациента, и передачи координат электродов в блок синтеза 3D объектов.In addition to the output of the recording unit of the electrograms, an input can be connected, and to the input of the block for synthesizing 3D objects, the output of the block of electrical location of the electrodes, which is a generator of electrical location signals that has outputs for connecting to the patient to form gradient electric fields in the patient's body and having means for calculating the coordinates of the electrical signals of the electrodes placed in the chambers of the patient’s heart, and transmitting the coordinates of the electrodes to the 3D object synthesis block.
В состав рентгеновского блока входят двухфокусный излучатель и общий приемник, причем фокусы рентгеновских трубок двухфокусного излучателя разнесены на такое расстояние, которое обеспечивает угол стереоскопического зрения (параллакс), не более 12 градусов.The composition of the x-ray unit includes a two-focus emitter and a common receiver, and the foci of the x-ray tubes of the two-focus emitter are spaced to such a distance that provides a stereoscopic viewing angle (parallax) of not more than 12 degrees.
Предлагаемое устройство визуализации работает в соответствии с описанным выше способом.The proposed visualization device operates in accordance with the method described above.
Предложенная группа изобретений является новой и промышленно применимой.The proposed group of inventions is new and industrially applicable.
Новизна способа визуализации заключается в том, что 3D объекты получают в виде трехмерных поверхностей, соответствующих внутренним поверхностям камер сердца и сосудов, принадлежащих области обследования, что 3D объекты получают непосредственно в процессе обследования и выполнения кардиохирургической операции, что для этого используют эндокардиальные электроды и вычисляют трехмерные координаты позиций электродов по их теневым отметкам на стереопарах рентгеновских изображений области обследования. Использование электродов для построения 3D объектов позволяет автоматически сопоставлять данные электрической активности миокарда с позицией электрода на получаемой трехмерной поверхности.The novelty of the visualization method lies in the fact that 3D objects are obtained in the form of three-dimensional surfaces corresponding to the inner surfaces of the heart chambers and blood vessels belonging to the examination area, that 3D objects are obtained directly during the examination and cardiac surgery, which is done using endocardial electrodes and calculating three-dimensional coordinates of the positions of the electrodes according to their shadow marks on stereo pairs of x-ray images of the survey area. Using electrodes to build 3D objects allows you to automatically compare the data of the myocardial electrical activity with the position of the electrode on the resulting three-dimensional surface.
Новизна предлагаемого устройства визуализации заключается в отсутствие геометрических искажений, присущих 3D объектам систем нерентгеноскопической визуализации, что обусловлено линейностью распространения рентгеновских лучей в теле пациента. В построении трехмерной камеры сердца, основанной на определении позиций электродов с визуализацией на ней результатов топической диагностики, выполненной с помощью блока параллельной регистрации электрограмм. В комплексировании данных, полученных из стереопар рентгеновских изображений, координат электродов электрической локации и результатов топической диагностики для выполнения аблации и контроля совмещения позиций аблационного электрода и положения мишени для аблации.The novelty of the proposed visualization device is the absence of geometric distortions inherent in 3D objects of non-fluoroscopic visualization systems, which is due to the linear distribution of x-rays in the patient's body. In the construction of a three-dimensional chamber of the heart, based on determining the positions of the electrodes with visualization of the results of topical diagnostics on it, performed using the parallel recording unit of electrograms. In combining data obtained from stereo pairs of x-ray images, the coordinates of the electrodes of the electrical location and the results of topical diagnostics to perform ablation and control the combination of the positions of the ablation electrode and the position of the target for ablation.
Совокупность технических решений приводит в результате к повышению точности и сокращению времени на выполнение манипуляций при наведении хирургического инструмента на мишень для аблации в условиях, когда нет возможности прямого визуального наблюдения как инструмента, так и области аритмии в миокарде.The combination of technical solutions leads to increased accuracy and reduced time to perform manipulations when pointing a surgical instrument on an ablation target in conditions where there is no possibility of direct visual observation of both the instrument and the arrhythmia region in the myocardium.
Областью применения способа и устройства визуализации являются медицинские комплексы, предназначенные для работы в кардиохирургических отделениях аритмологического профиля лечебных учреждений при проведении малоинвазивных хирургических операциях на сердце методами катетерной аблации.The scope of the method and device for imaging are medical complexes designed to work in the cardiac surgical departments of the arrhythmological profile of medical institutions during minimally invasive heart surgeries using catheter ablation.
Способ и устройство визуализации были реализованы на практике в виде медицинского комплекса, опытный образец которого изготовлен путем модификации и комплексирования серийных образцов медицинской техники производства ООО «Лаборатория медицинской электроники «Биоток» (Комплекс компьютеризированный для электрофизиологических исследований и наблюдения за режимами работы ЭКС и ДРЧ «БИОТОК», ТУ 9444-002-42371130-2007; Комплекс трехмерной локации электродов эндокардиальных катетеров «Биоток», ТУ 9444-005-42371130-2007; Электродеструктор проводящих путей сердца радиочастотный компьютеризированный ЭД-50-01-«БИОТОК», ТУ 9444-003-42371130-2010; Комплекс для интервенционных процедур рентгеновский ротационный «Биоток-XR», ТУ 9442-006-42371130-2011) и подготовленного программного обеспечения.The imaging method and device was implemented in practice in the form of a medical complex, a prototype of which was made by modifying and combining serial samples of medical equipment manufactured by Biotok Medical Electronics Laboratory LLC (Computerized complex for electrophysiological studies and monitoring the operating modes of ECS and DRC BIOTOK ", TU 9444-002-42371130-2007; Complex of three-dimensional location of electrodes of endocardial catheters" Biotok ", TU 9444-005-42371130-2007; Electrodestructor of the conductive paths heart radiofrequency computerized ED-50-01- "BIOTOK", TU 9444-003-42371130-2010; Complex for interventional X-ray rotation procedures "Biotok-XR", TU 9442-006-42371130-2011) and prepared software.
В серийный комплекс для интервенционных процедур рентгеновский ротационный «Биоток-XR» установлен дополнительный 15 кВт моноблок таким образом, что расстояние между фокусами рентгеновских трубок моноблоков составило 140 мм.An additional 15 kW monoblock is installed in the serial complex for interventional procedures of the X-ray rotation Biotok-XR so that the distance between the foci of the X-ray tubes of the monoblocks is 140 mm.
Технические характеристики рентгеновского блока. Рентгеновский генератор:Technical characteristics of the x-ray unit. X-ray generator:
- тип два моноблочных;- type two monoblock;
- макс, мощность каждого генератора 15 кВт;- max, power of each generator is 15 kW;
- рентгеновская трубка двухфокусная с вращающимся анодом с фокусными пятнами 0,3/0,6 мм;- two-focus x-ray tube with a rotating anode with focal spots 0.3 / 0.6 mm;
- анодное напряжение 40-120 кВ;- anode voltage of 40-120 kV;
- импульсная рентгеноскопия до 100 мА;- pulsed fluoroscopy up to 100 mA;
- частота кадров в импульсном режиме до 60 кадр/с;- frame rate in pulsed mode up to 60 frames / s;
- ширина импульса 10 мс.- pulse width 10 ms.
Приемник:Receiver:
- плоский детектор Dexela 2923 FPD фирмы PerkinElmer, Inc.;- Dexela 2923 FPD flat detector by PerkinElmer, Inc .;
- размер рабочей области 290×230 мм;- size of the working area 290 × 230 mm;
- размер пиксела 75 мкм;- pixel size 75 microns;
- макс. разрешение 3888×3072 пикс;- max resolution 3888 × 3072 pixels;
- макс. частота кадров/сек (при разрешении 1536×1944) 60 кадр/с;- max frame rate / s (at a resolution of 1536 × 1944) 60 frames / s;
- динамический диапазон 74 дБ.- dynamic range 74 dB.
Приемник общий для двух генераторов. В комплексе реализован импульсный режим излучения с синхронизацией от R зубца ЭКГ. Импульсы при получении стереопары изображений формируются последовательно друг за другом, чтобы избежать артефактов движения тканей сердца и инструмента. При этом длительность импульсов составляла 10 мс с интервалом следования в паре не более 3 мс. Одновременно с импульсами излучения для формирования рентгеновской стереопары выполняется запоминание координаты точки в блоке электрической локации для использования в дальнейшем для привязки систем координат.The receiver is common to two generators. The complex implements a pulsed radiation mode with synchronization from the R of the ECG wave. Pulses when receiving stereopairs of images are formed sequentially one after another in order to avoid artifacts of the movement of heart tissue and the instrument. In this case, the pulse duration was 10 ms with a spacing of a pair of no more than 3 ms. Simultaneously with the radiation pulses for the formation of an x-ray stereo pair, the coordinates of the point in the electric location unit are stored for later use to bind coordinate systems.
В качестве стереомониторной системы использован стереоскопический широкоформатный ЖК-монитор АОС 27'' D2769VH с поляризационной технологией и разрешением 1920×1080.A stereo AOS 27 '' D2769VH widescreen LCD monitor with polarization technology and a resolution of 1920 × 1080 was used as a stereo-monitor system.
Для определения трехмерных координат рентгеноконтрастного объекта по его теневым отметкам (пример теневой отметки см. на фиг. 2) на рентгеновских стереопарах определяют двухмерные координаты объекта непосредственно на левом (x1,y1) и правом (x2,y2) рентгеновских изображениях области обследования (см. фиг. 3) и затем по полученным двухмерным координатам вычисляют трехмерные координаты (х,y,z).To determine the three-dimensional coordinates of the radiopaque object by its shadow marks (for an example of the shadow mark, see Fig. 2), two-dimensional coordinates of the object are determined directly on the left (x1, y1) and right (x2, y2) x-ray images of the survey area (see. Fig. 3) and then three-dimensional coordinates (x, y, z) are calculated from the obtained two-dimensional coordinates.
Для вычисления трехмерных координат использовано уравнение прямой в канонической форме.To calculate the three-dimensional coordinates, the straight line equation in canonical form is used.
Чтобы определить координаты, нужно записать два уравнения прямых и составить из них систему уравнений.To determine the coordinates, you need to write down two equations of lines and compose a system of equations from them.
За начало координат принята точка, расположенная между двумя излучателями на равном расстоянии (фиг. 3). Также определяется, что:The origin located between the two emitters at an equal distance (Fig. 3) is taken as the origin. It is also determined that:
r - расстояние от точки, расположенной между двумя излучателями, до плоскости приемника;r is the distance from the point located between the two emitters to the plane of the receiver;
dx - расстояние от излучателя до начала координат;dx is the distance from the emitter to the origin;
rc - расстояние от начала координат до оси вращения.rc is the distance from the origin to the axis of rotation.
Таким образом: координаты рентгеновских излучателей 1 и 2 соответственно будут (-dx,0,0) и (dx,0,0) и координаты теневых отметок объекта на приемник правого и левого излучателей (x1,y1,r) и (z2,y2,r). Искомые координаты объекта обозначают как О (x,y,z).Thus: the coordinates of the
Таким образом, система уравнений для определения координат (z,y,z) выглядит следующим образом:Thus, the system of equations for determining the coordinates (z, y, z) is as follows:
Решение системы уравнений:Solution of the system of equations:
Для случая, когда штатив имеет возможность вращения, координата z перемещается в центр вращения:For the case when the tripod is rotatable, the z coordinate moves to the center of rotation:
В этом случае применяют аффинное преобразование вращения на угол ϕ вокруг оси y.In this case, an affine transformation of rotation by an angle ϕ about the y axis is used.
При умножении матрицы на вектор получаются следующие формулы вычисления координат:When the matrix is multiplied by a vector, the following formulas for calculating the coordinates are obtained:
Блок-схема алгоритма определения трехмерных координат объекта с использованием стереопары представлена на фиг. 4.A block diagram of an algorithm for determining the three-dimensional coordinates of an object using a stereo pair is shown in FIG. four.
Определять координаты проекций объекта на каждом из изображений, составляющих стереопару, можно вручную, автоматически или полуавтоматически. Для автоматического и полуавтоматического определения координат объекта могут быть использованы алгоритмы Хафа в различных вариантах, алгоритмы выделения контрастных объектов, методы машинного зрения.To determine the coordinates of the projections of the object on each of the images that make up the stereo pair, you can manually, automatically or semi-automatically. For automatic and semi-automatic determination of the coordinates of an object, Hough algorithms in various versions, algorithms for selecting contrasting objects, and machine vision methods can be used.
Эффективность технического решения, достоверность и точность достигнутых результатов реализации подтверждены проверкой в клинических условиях. Комплекс с программным обеспечением был использован во время проведения катетерных операций на проводящей системе сердца в операционной отделения сосудистой хирургии клиник ГОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет» Росздрава, г. Томск под руководством Оферкина А.И. Всем пациентам стандартно по методике Сельдингера через бедренные и подключичные сосуды вводились диагностические многополюсные электроды и под рентгеновским стереоскопическим и электрофизиологическим контролем устанавливались в стандартные позиции: коронарный синус, область пучка Гиса, правое и левое предсердия, правый и левый желудочки. После этого через бедренные сосуды по Сельдингеру вводился аблационный электрод и под рентгеновским стереоскопическим контролем устанавливался в полостях сердца. Затем выполнялось построение камеры сердца с одновременным выполнением картирования и стереоскопической визуализации рентгеновских изображений и совмещенного с ним трехмерного изображения построенной камеры сердца.The effectiveness of the technical solution, the reliability and accuracy of the achieved implementation results are verified by clinical testing. The software package was used during catheter operations on the cardiac conduction system in the operating department of vascular surgery at the clinics of the State Educational Institution of Higher Professional Education “Siberian State Medical University” of the Federal Health Service, Tomsk, under the direction of A.Oferkin For all patients, according to the Seldinger method, diagnostic multipolar electrodes were introduced through the femoral and subclavian vessels and, under X-ray stereoscopic and electrophysiological control, they were set to standard positions: coronary sinus, His bundle region, right and left atria, right and left ventricles. After that, an ablation electrode was inserted through the femoral vessels according to Seldinger and, under X-ray stereoscopic control, it was installed in the cavities of the heart. Then, the construction of the heart chamber was performed with the simultaneous mapping and stereoscopic visualization of x-ray images and the combined three-dimensional image of the constructed heart chamber.
С использованием устройства прооперировано 3 пациента с нарушениями сердечного ритма. Устройство использовалось для стереоскопической визуализации и слежения за положением диагностических и аблационных катетеров во время манипуляций. Было построено несколько десятков объектов сердца. Для построения правого и левого предсердий измеряли координаты от 15 до 30 позиций электродов; для легочных, верхней и нижней полых вен, восходящей аорты - до 5; коронарного синуса - 6; левого и правого желудочков - по 16; легочного ствола и легочных вен - по 8. Отмечено хорошее визуальное соответствие геометрии построенных объектов реальным структурам сердца.Using the device, 3 patients with cardiac arrhythmias were operated on. The device was used for stereoscopic imaging and tracking the position of diagnostic and ablation catheters during manipulations. Several dozens of heart objects were built. To build the right and left atria, we measured the coordinates from 15 to 30 positions of the electrodes; for pulmonary, superior and inferior vena cava, ascending aorta - up to 5; coronary sinus - 6; left and right ventricles - 16; of the pulmonary trunk and pulmonary veins - by 8. A good visual correspondence of the geometry of the constructed objects to the real structures of the heart was noted.
Устройство электрической локации электродов использовалось в паузах рентгеновского излучения. Так как данное устройство локации отличается высоким разрешением и высокой относительной точностью определения координат, но большой абсолютной погрешностью, была применена периодическая привязка координат к последнему значению, полученному с помощью рентгеновского стереоскопического блока. Это позволило поддерживать значение абсолютного отклонения в определении координат менее чем в 2 мм, а визуально различимое смещение электрода составило менее 1 мм. Такая точность определения координат является приемлемой для прецизионного совмещения лечебного электрода диаметром 2,5 мм и длиной 4 мм с аномальной зоной миокарда. При этом время рентгеноскопии не превысило 3-5 мин. Такое значительное снижение общего времени рентгеноскопии достигается при синхронизации импульсов излучения во время формировании рентгеновской стереопары с R зубцом ЭКГ. При этом создается квазистатическое рентгеновское стереоскопическое изображение, которое совмещается также со статическими изображениями, полученными путем рендеринга 3D объектов.The device for electrical location of the electrodes was used in pauses of x-ray radiation. Since this location device is characterized by high resolution and high relative accuracy of determining coordinates, but a large absolute error, a periodic reference of coordinates was applied to the last value obtained using an X-ray stereoscopic unit. This allowed us to maintain the value of the absolute deviation in the determination of coordinates of less than 2 mm, and the visually distinguishable displacement of the electrode was less than 1 mm. Such an accuracy in determining the coordinates is acceptable for precision combination of a treatment electrode with a diameter of 2.5 mm and a length of 4 mm with an abnormal myocardial zone. At the same time, fluoroscopy did not exceed 3-5 minutes. Such a significant reduction in the total time of fluoroscopy is achieved by synchronizing the radiation pulses during the formation of the X-ray stereo pair with the R wave of the ECG. This creates a quasistatic x-ray stereoscopic image, which is also combined with static images obtained by rendering 3D objects.
Комплекс показал высокую надежность в работе и отличное качество визуализации электродов, области исследования и трехмерных объектов камер сердца. К примеру, на фиг. 5 приведено изображение скриншота с монитора одного изображения стереопары области исследования левого предсердия с картой активации миокарда.The complex showed high reliability in operation and excellent quality of visualization of electrodes, field of study and three-dimensional objects of the heart chambers. For example, in FIG. Figure 5 shows a screenshot from a monitor of one image of a stereo pair of the left atrial study area with a myocardial activation map.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015140216A RU2607948C2 (en) | 2015-09-21 | 2015-09-21 | Method and device of visualization in cardiac surgery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015140216A RU2607948C2 (en) | 2015-09-21 | 2015-09-21 | Method and device of visualization in cardiac surgery |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015140216A RU2015140216A (en) | 2016-02-10 |
| RU2607948C2 true RU2607948C2 (en) | 2017-01-11 |
Family
ID=55313281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015140216A RU2607948C2 (en) | 2015-09-21 | 2015-09-21 | Method and device of visualization in cardiac surgery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2607948C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2792025C1 (en) * | 2022-03-30 | 2023-03-15 | федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Method of intraoperative imaging and control of the position of the electrode during implantation of the electrode into the cardiac conduction system |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115861298B (en) * | 2023-02-15 | 2023-05-23 | 浙江华诺康科技有限公司 | Image processing method and device based on endoscopic visualization |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2217055C1 (en) * | 2002-05-07 | 2003-11-27 | Щетинин Виктор Васильевич | Digital scanning x-ray diagnostic apparatus |
| US20050207529A1 (en) * | 2004-03-22 | 2005-09-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for medical imaging |
| US20100040196A1 (en) * | 2007-03-14 | 2010-02-18 | Yingguang Zhang | X-ray generator for achieving stereoscopic imaging effect and medical x-ray device using the x-ray generator |
| RU2480158C2 (en) * | 2008-11-11 | 2013-04-27 | Кэнон Кабусики Кайся | Device for obtaining x-ray images |
| US20130218024A1 (en) * | 2011-10-09 | 2013-08-22 | Clear Guide Medical, Llc | Interventional In-Situ Image-Guidance by Fusing Ultrasound and Video |
| US20150087965A1 (en) * | 2013-09-20 | 2015-03-26 | Junichi Tokuda | System and method for automatic detection and registration of medical images |
-
2015
- 2015-09-21 RU RU2015140216A patent/RU2607948C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2217055C1 (en) * | 2002-05-07 | 2003-11-27 | Щетинин Виктор Васильевич | Digital scanning x-ray diagnostic apparatus |
| US20050207529A1 (en) * | 2004-03-22 | 2005-09-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for medical imaging |
| US20100040196A1 (en) * | 2007-03-14 | 2010-02-18 | Yingguang Zhang | X-ray generator for achieving stereoscopic imaging effect and medical x-ray device using the x-ray generator |
| RU2480158C2 (en) * | 2008-11-11 | 2013-04-27 | Кэнон Кабусики Кайся | Device for obtaining x-ray images |
| US20130218024A1 (en) * | 2011-10-09 | 2013-08-22 | Clear Guide Medical, Llc | Interventional In-Situ Image-Guidance by Fusing Ultrasound and Video |
| US20150087965A1 (en) * | 2013-09-20 | 2015-03-26 | Junichi Tokuda | System and method for automatic detection and registration of medical images |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2792025C1 (en) * | 2022-03-30 | 2023-03-15 | федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Method of intraoperative imaging and control of the position of the electrode during implantation of the electrode into the cardiac conduction system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015140216A (en) | 2016-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8195271B2 (en) | Method and system for performing ablation to treat ventricular tachycardia | |
| RU2529481C2 (en) | System of obtaining images with cardio- and/or respiratory synchronisation and method of 2-dimensional visualisation in real time with additional virtual anatomical structures during procedures of interventional ablation or pacemaker installation | |
| US8335557B2 (en) | System for carrying out and monitoring minimally-invasive interventions | |
| US7949089B2 (en) | Apparatus and method for tracking feature's position in human body | |
| JP4746793B2 (en) | Method and apparatus for ventricular mapping | |
| US6628977B2 (en) | Method and system for visualizing an object | |
| EP1912565B1 (en) | Catheter navigation system | |
| KR101090571B1 (en) | Method and device for visually supporting an electrophysiology catheter application in the heart | |
| JP5328137B2 (en) | User interface system that displays the representation of tools or buried plants | |
| CA2438089C (en) | Medical imaging and navigation system | |
| US7778689B2 (en) | Method for localizing a medical instrument introduced into the body of an examination object | |
| JP5561890B2 (en) | Visual support device for invasive examination or treatment of the heart | |
| US20030181809A1 (en) | 3D imaging for catheter interventions by use of 2D/3D image fusion | |
| US20070167738A1 (en) | Device and method for navigating a catheter | |
| US20150042643A1 (en) | Medical x-ray apparatus | |
| JP2006512950A (en) | Method and apparatus for tracking medical instruments | |
| KR20070046000A (en) | Synchronization of ultrasound imaging data with electrical mapping | |
| JP2002078708A (en) | Imaging device and method of providing high-quality display of volume by real-time three-dimensional reconstruction | |
| JP6349278B2 (en) | Radiation imaging apparatus, image processing method, and program | |
| TW201919544A (en) | Systems and methods for ultra low dose CT fluoroscopy | |
| JP2020078551A (en) | Medical user interface | |
| US20090088633A1 (en) | Method for the combined image display of a catheter inserted into the heart area of a patient with electrophysiological cardiological data | |
| JP2019528899A (en) | Visualization of image objects related to instruments in extracorporeal images | |
| Ma et al. | Hybrid echo and x-ray image guidance for cardiac catheterization procedures by using a robotic arm: a feasibility study | |
| RU2607948C2 (en) | Method and device of visualization in cardiac surgery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200922 |